CN114053963B - 一种湿态黏合剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种湿态黏合剂及其制备方法和应用，首先制备黏附水凝胶本体，然后将制备的黏附水凝胶单面浸泡在阳离子聚寡糖的水溶液中，聚寡糖上的氨基会与水凝胶内的羧基发生静电相互作用，并逐渐向水凝胶内部扩散，因此会在凝胶的一侧形成一层梯度分布的静电复合层。在水凝胶与聚寡糖溶液接触的一侧静电复合的密度比较高，水凝胶表面的羧基均与聚寡糖上的氨基发生了静电相互作用，因此该侧不具有黏附性，而远离聚寡糖的一侧，水凝胶表面仅有少量的羧基与聚寡糖上的氨基发生了静电相互作用，因此剩余的自由的羧基则赋予了水凝胶很好的黏附效果。

Description

一种湿态黏合剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医用材料领域,更加具体地说，涉及一种可实现湿态黏附的“两面神”黏附水凝胶的制备及其性能和应用研究。

背景技术

水凝胶是一种高含水量的三维网状聚合物。水凝胶具有良好的生物相容性和其他优异性能,例如:环境响应性、抗菌性、自修复性、超吸水性等。这些特点使水凝胶在生物医药、传感器、自修复材料和保水抗旱等方面有着广泛的应用前景。

黏附水凝胶在日常的生活，工作以及医药领域都非常的重要，特别是湿态黏附对于止血，伤口愈合，替代手术缝合线以及医用传导设备等是必不可少的。类似于生物软组织的软材质的医用密封剂和胶黏剂对促进伤口愈合是很有利的。但是，传统的水凝胶很难实现将黏附性能和力学性能相结合，特别是力学性能很好的水凝胶，因为其较硬的聚合物链，不能对软组织实现黏附效果。最近由贻贝引发的黏附水凝胶虽然实现了湿态黏附，但是其黏附效果与环境中的pH值以及黏附时间是非常相关的，长时间的放置也会使得其丧失黏附能力。而目前报道的黏附水凝胶均是两侧黏附凝胶，这种传统的水凝胶再被用于体内时往往造成组织间的黏连，因此这些凝胶往往只能用于体表修复，所以发展一种不对称的湿态黏附水凝胶来用作替代手术分缝合线的同时可以阻止手术的组织黏连是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种湿态黏合剂及其制备方法和应用，即提供一种可湿态黏附的“两面神”的黏附水凝胶的制备及其性能和应用研究。以羧基类单体作为反应物，采用自由基聚合的方法，形成以氢键交联为交联点的凝胶网络，然后使用阳离子壳寡糖对该凝胶进行静电复合，对制得的凝胶的静电复合情况，表面粗糙度，表面的亲疏水情况以及黏附强度进行了测试，并且进行了体内、体外的生物学实验。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种湿态黏合剂，包括水凝胶，水凝胶通过含有羧基的单体均聚和/或共聚制备，以使水凝胶中存在羧基；聚寡糖，带有氨基；在单面浸泡过程中，聚寡糖上的氨基与水凝胶的羧基发生静电相互作用，并逐渐向水凝胶内部扩散，形成自水凝胶的一侧到另一侧的梯度分布的静电复合层。

即在水凝胶的一侧，聚寡糖上的氨基与水凝胶的羧基发生静电作用，以使这一侧不具有黏附性(在水凝胶与聚寡糖溶液接触的一侧静电复合的密度比较高)；在水凝胶的另一侧，水凝胶仅有少量的羧基与聚寡糖上的氨基发生了静电相互作用，因此剩余的自由的羧基则赋予了水凝胶很好的黏附效果。

含有羧基的单体为N-丙烯酰甘氨酸，或者丙烯酸。

聚寡糖为壳寡糖，数均分子量为2000—3000。

水凝胶进行共聚时，选择不同的含有羧基的单体进行等摩尔数或者等质量比投料。

选择聚寡糖均匀分散在水或者酸中，质量百分数为1—10％，优选3—6％。

一种湿态黏合剂的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，通过含有羧基的单体均聚和/或共聚制备水凝胶；

步骤2，将步骤1制备的水凝胶置于聚寡糖溶液中进行单面浸泡。

浸泡温度为室温20—25摄氏度，浸泡时间为8—12小时。

在聚寡糖溶液中，聚寡糖为壳寡糖，数均分子量为2000—3000，溶液为水或者乙酸，质量百分数为1—10％，优选3—6％。

本发明的湿态黏合剂在制备手术缝合线中的应用。

在本发明的技术方案中，首先制备黏附水凝胶本体，然后将制备的黏附水凝胶单面浸泡在阳离子聚寡糖的水溶液中，聚寡糖上的氨基会与水凝胶内的羧基发生静电相互作用，并逐渐向水凝胶内部扩散，因此会在凝胶的一侧形成一层梯度分布的静电复合层。在水凝胶与聚寡糖溶液接触的一侧静电复合的密度比较高，水凝胶表面的羧基均与聚寡糖上的氨基发生了静电相互作用，因此该侧不具有黏附性，而远离聚寡糖的一侧，水凝胶表面仅有少量的羧基与聚寡糖上的氨基发生了静电相互作用，因此剩余的自由的羧基则赋予了水凝胶很好的黏附效果。本发明制备方法简单，材料来源广泛，实用性强。

附图说明

图1是本发明的水凝胶和PACG水凝胶的红外测试谱线图。

图2是本发明的水凝胶的分析测试结果图。

图3是本发明的水凝胶分别对不同基质的水下黏附行为和黏附强度测试结果图。

图4是本发明的水凝胶的体内外的生物应用的测试结果图。

图5是本发明的水凝胶的黏附性能测试结果图。

图6是本发明中180°剥离黏附强度测试的测试示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例进一步说明本发明的技术方案，以下结合实例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。

首先，合成N-丙烯酰甘氨酸(ACG)作为实验原料。

将甘氨酸和碳酸钾溶于水和二氯甲烷的混合溶液中并置于三口烧瓶中，然后将丙烯酰氯和二氯甲烷的混合溶液通过恒压滴液漏斗缓慢的滴加到三口烧瓶中，并且在冰浴中持续搅拌4小时。待反应结束后进行后处理。后处理过程中首先用氢氧化钠将反应得到的混合溶液调pH至9-10，然后用乙酸乙酯进行洗涤，反复洗涤三次将混合溶液洗至澄清。然后用盐酸将所得的澄清溶液调pH值为2后，继续用乙酸乙酯进行萃取，收集萃取液，反复萃取6次，将得到的萃取液用无水硫酸镁干燥，以除去没有除尽的水分，并且静置过夜。随后将该溶液过滤除去反应生成的无机盐以及硫酸镁，最后将溶液进行旋蒸，得到干燥的白色粉末即为ACG，将其置于真空干燥箱中一周，即可使用。

壳寡糖由济南海得贝海洋生物工程有限公司购买，壳寡糖的相对分子量(数均)为2000—3000；光引发剂1173的全称为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

使用托盘天平称取0.2gACG于10mL的离心管中，用分别加入800ul去离子水将其溶解，最后加入4uL的1173于离心管中并将其混匀。将其密封后放入紫外交联仪中进行紫外光照15min，得到PACG水凝胶。将制备的凝胶(厚度选择2mm)一侧黏附在聚甲基丙烯酸甲酯板上进行保护，在25℃下浸泡在质量百分数(浓度)为6％的壳寡糖水溶液中12小时，在浸泡过程中紧贴在聚甲基丙烯酸甲酯板上的水凝胶一侧并不直接与壳寡糖水溶液接触，而是水凝胶其他位置与壳寡糖水溶液接触且壳寡糖分子在水凝胶网格中实现扩散，得到本发明的水凝胶(命名为“两面神”水凝胶，Janus hydrogel)。将制备出的水凝胶用于材料表面的表征、黏附以及生物体内外的基本性能的测试。用于动物体内的水凝胶单体均要经过高压灭菌才可用于成胶。

从图1中可以看出，与PACG水凝胶相比，“两面神”水凝胶(本发明的水凝胶)的1710cm^-1处的羧基峰强度减弱，并且发生了蓝移，说明PACG分子链上的羧基与壳寡糖上的氨基发生了静电相互作用，形成了静电复合。

如图2所述，本发明的水凝胶的分析测试结果图。从A中可以看出壳寡糖在PACG水凝胶中是呈梯度扩散的，水凝胶的横截面的扫描结果显示水凝胶的空隙从凝胶的浸泡侧到远离壳寡糖的一侧逐渐增大，说明壳寡糖在凝胶内部逐渐扩散，静电复合层密度从接触壳寡糖的一侧逐渐降低。从B中“两面神”水凝胶两侧的扫描照片来看，显示接触壳寡糖的一侧(顶表面)是没有空隙的光滑的，而远离壳寡糖的一侧(底表面)是多孔的结构较粗糙的。从C中的“两面神”水凝胶的3D表面轮廓图来看，显示凝胶的顶面相对于底面来说要平滑很多。从D和E中的“两面神”水凝胶的XPS元素分析图来看，在“两面神”水凝胶的顶表面没有羧基但是含有大量的氨基，与之相反的，在“两面神”水凝胶的底表面没有氨基却含有大量的羧基，说明水凝胶的两侧的集团是不一样的从而能表现出不对称的黏附性质。再看F中显示的亲疏水性能，即“两面神”水凝胶的宏观照片和亲疏水性能，显示水凝胶的顶面是黄色的与壳寡糖的颜色一致，并且是亲水的，而水凝胶的底面是白色的这是因为相反电荷的静电作用引发的疏水相分离造成的，并且底面的水接触角为115°表现出了明显的疏水性能。

图3对应“两面神”水凝胶分别对不同基质的水下黏附行为和黏附强度，其中A对应“两面神”水凝胶在水下对各基质的黏附操作过程，说明在水下实现对以上各基质的黏附，并且在水下黏附后的立即黏附强度就可以提起重量为100g的基质；B-E分别对应“两面神”水凝胶分别对水凝胶(聚丙烯酰胺水凝胶)，猪皮，胃和肠于水下黏附后在水中浸泡不同时间后的180°剥离黏附强度，结果显示，随着在水中浸泡的时间的延长“两面神”水凝胶对聚丙烯酰胺水凝胶的黏附强度逐渐增加，而对猪皮、胃和肠的黏附强度则变现出了稍微的降低，这可能是因为随着在水中浸泡的时间延长，组织逐渐吸水而造成了黏附强度的轻微下降。180°剥离黏附强度测试的方法：以对猪皮的黏附为例，将“两面神”黏附凝胶的具有黏附性的一面黏附在猪皮的表面上，然后使用拉力机的夹具分别夹住猪皮的一侧和“两面神”水凝胶的一侧向两侧拉伸，猪皮和“两面神”水凝胶之间的夹角为180°，拉伸速度为50mm/min，黏附凝胶粘附宽度为2cm，凝胶的厚度为2mm，如附图6所示。

图4对应“两面神”水凝胶在体内外的生物应用的测试，A为水凝胶在体外的细胞毒性测试，结果显示与对照组相比该“两面神”水凝胶没有表现出细胞毒性，说明材料具有很好地生物相容性。B(Adhesive)为水凝胶在兔的体内胃穿孔的前兆模型中替代手术缝合线，在术后7天，10天和14天的观察结果中可以看出“两面神”水凝胶在体内14天后基本完全实现了降解，并且促进了胃穿孔部位的愈合，没有出现组织黏连的情况，而手术缝合线组(C—Stitching)在第7天的伤口部位就出现了白色的脓状物，在第10天时出现了轻微的黏连，在第14天时出现了明显的组织黏连。D为使用“两面神”水凝胶修复组(Janus hydrogel)和手术缝合线修复组(Stitching)对兔子胃穿孔进行治疗后兔子的存活情况，结果显示，使用“两面神”水凝胶进行修复时，兔子没有出现死亡，而使用手术缝合线修复时兔子表现出了45％的死亡率，可能是由于手术缝合的二次伤害以及严重的组织黏连造成的。在用于胃穿孔修复实验时会对胃穿孔部位进行碘伏酒精杀菌处理。在胃穿孔修复的实验方案中分别对穿孔部位于术后的7天，10天和14天进行观察，并且拍照记录，取材进行染色分析。

使用丙烯酸代替ACG进行聚合，以得到聚丙烯酸水凝胶，经聚甲基丙烯酸甲酯板保护，再与6％的壳寡糖水溶液在25℃下浸泡12小时，以得到聚丙烯酸水凝胶制备“两面神”黏附水凝胶，并对其黏附性能进行测试，如图5所示。其中A对应聚丙烯酸制备的“两面神”黏附水凝胶的底面对大肠的粘附；B对应聚丙烯酸制备的“两面神”黏附水凝胶的顶面对大肠的粘附；C-E分别对应聚丙烯酸制备的“两面神”黏附水凝胶分别对猪皮，胃和肠于水下黏附后在水下放置不同时间后的180°剥离黏附强度，表现出与ACG实施例基本一致的性能。

根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现湿态黏合剂的制备，经测试表现出与本发明基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种湿态黏合剂，其特征在于，包括水凝胶，水凝胶通过含有羧基的单体均聚和/或共聚制备，以使水凝胶中存在羧基；聚寡糖，带有氨基，均匀分散在水或者酸中；在单面浸泡过程中，聚寡糖上的氨基与水凝胶的羧基发生静电相互作用，并逐渐向水凝胶内部扩散，形成自水凝胶的一侧到另一侧的梯度分布的静电复合层；在水凝胶与聚寡糖溶液接触的一侧静电复合的密度比较高，聚寡糖上的氨基与水凝胶的羧基发生静电作用，以使这一侧不具有黏附性；在水凝胶的另一侧，水凝胶仅有少量的羧基与聚寡糖上的氨基发生静电相互作用，剩余的自由羧基则赋予水凝胶黏附效果；含有羧基的单体为N-丙烯酰甘氨酸，或者丙烯酸；聚寡糖为壳寡糖，数均分子量为2000—3000。

2.根据权利要求1所述的一种湿态黏合剂，其特征在于，水凝胶进行共聚时，选择不同的含有羧基的单体进行等摩尔数或者等质量比投料。

3.根据权利要求1或者2所述的一种湿态黏合剂，其特征在于，选择聚寡糖均匀分散在水或者酸中，质量百分数为1—10％。

4.根据权利要求1或者2所述的一种湿态黏合剂，其特征在于，选择聚寡糖均匀分散在水或者酸中，质量百分数为3—6％。

5.如权利要求1—4中任意一项所述的一种湿态黏合剂的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1，通过含有羧基的单体均聚和/或共聚制备水凝胶；

步骤2，将步骤1制备的水凝胶置于聚寡糖溶液中进行单面浸泡；在水凝胶与聚寡糖溶液接触的一侧静电复合的密度比较高，聚寡糖上的氨基与水凝胶的羧基发生静电作用，以使这一侧不具有黏附性；在水凝胶的另一侧，水凝胶仅有少量的羧基与聚寡糖上的氨基发生静电相互作用，剩余的自由羧基则赋予水凝胶黏附效果；

在步骤1中，含有羧基的单体为N-丙烯酰甘氨酸，或者丙烯酸；水凝胶进行共聚时，选择不同的含有羧基的单体进行等摩尔数或者等质量比投料；

在聚寡糖溶液中，聚寡糖为壳寡糖，数均分子量为2000—3000，溶液为水或者乙酸。

6.根据权利要求5所述的一种湿态黏合剂的制备方法，其特征在于，浸泡温度为室温20—25摄氏度，浸泡时间为8—12小时。

7.根据权利要求5所述的一种湿态黏合剂的制备方法，其特征在于，在聚寡糖溶液中，聚寡糖为壳寡糖，数均分子量为2000—3000，溶液为水或者乙酸，质量百分数为1—10％。

8.根据权利要求5所述的一种湿态黏合剂的制备方法，其特征在于，在聚寡糖溶液中，聚寡糖为壳寡糖，数均分子量为2000—3000，溶液为水或者乙酸，质量百分数为3—6％。

9.如权利要求1—4中任意一项所述的湿态黏合剂在制备手术缝合线中的应用。